EP0169274A2 - Vorrichtung zum Verschweissen des Deckels und/oder des Bodens mit dem Mantel von Behältern - Google Patents

Vorrichtung zum Verschweissen des Deckels und/oder des Bodens mit dem Mantel von Behältern Download PDF

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EP0169274A2
EP0169274A2 EP84115808A EP84115808A EP0169274A2 EP 0169274 A2 EP0169274 A2 EP 0169274A2 EP 84115808 A EP84115808 A EP 84115808A EP 84115808 A EP84115808 A EP 84115808A EP 0169274 A2 EP0169274 A2 EP 0169274A2
Authority
EP
European Patent Office
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welding
joint
container
gap
slag
Prior art date
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Application number
EP84115808A
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English (en)
French (fr)
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EP0169274B1 (de
EP0169274A3 (en
Inventor
Franz Wolfgang Dr. Popp
Günter Geisert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Original Assignee
Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Nukem GmbH
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Publication date
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Publication of EP0169274A3 publication Critical patent/EP0169274A3/de
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/028—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/12—Vessels

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 6.
  • Radioactive materials such as irradiated K ernbrennstoffiana c5er in steel molds filled glass-enclosed radioactive fission products must be introduced for the purpose of transportation and / or storage in special receptacle.
  • the receptacles have high radiation shielding, an adequate cooling surface and high stability.
  • Metallic receptacles ensure that radioactive waste is securely sealed.
  • the metallic receptacles are open at one end, which creates a receptacle opening.
  • a cylindrical closure cover is inserted into the front opening and this is welded to the adjacent container jacket. Through the tight closure of the receiving area With the thick, shielding cap, the radioactive materials are safely separated from the biosphere.
  • the loaded container must be welded in a so-called hot cell. This results in the requirement to carry out the welding remotely or automatically.
  • the narrow gap welding method is preferably used.
  • the narrow gap welding process creates only low shrinkage stresses. Larger shrinkage stresses lead to crack formation in the weld seam.
  • the so-called narrow gap welding process has been developed especially for thick-walled components between which there are relatively narrow joints.
  • GB-PS 14 44 479 shows a storage container for holding containers filled with spent fuel or radioactive waste.
  • the storage container is closed with a cylindrical stopper which is welded to the container shell by deep-gap welding not removable.
  • DE-OS 31 38 485 relates to a container for receiving and storing radioactive substances and a method for tightly closing the container. This document shows that the container wall and the sealing lid are welded together. No further details on welding technology can be found in this publication.
  • the present invention has for its object to improve a method and an apparatus for performing the method of the type mentioned so that better welding results can be achieved and the automatic and / or remote handling of the method can be carried out safely and without problems.
  • the invention ensures an automatic sequence of the welding process when welding the lid and container jacket of a container for receiving and storing radioactive fuel elements and radioactive waste.
  • Special buttons in connection with a control device enable a fully automatic Sequence of the welding process. Geometric deviations in the weld joint caused by the workpieces (lid and container wall) are recorded and corrected using the buttons for horizontal and vertical control. The different welding layers and beads are welded automatically.
  • the welding slag removal is also carried out automatically with the help of a vibrating chisel of a chiseling device and vibrating driving nails of a nailing device.
  • the nailing device is used to completely remove the slag residues not caught by the chisel.
  • the nailing device is designed so that it can process the entire width of the weld seam at once.
  • the individual nails of the nailing device are designed to be movable relative to one another.
  • the narrow gap welding known per se is used in the present invention because the shrinkage stresses can be kept to a minimum by this welding method. Higher shrinkage stresses cause the container surface to warp and can lead to cracks in the weld seam. In addition, this can prevent cracks from occurring in the ceramic coating that is usually provided.
  • submerged arc welding which is known per se, is preferably used, even if welding under protective gas is of course also possible in principle.
  • Welding with the help of welding powder has the advantage that larger distances can be covered over a longer period of time; the welding time is usually several hours.
  • the submerged arc sweep has another advantage, namely that the part of the powder that is not consumed during the welding process can be extracted and reused.
  • the method and the device according to the invention are particularly suitable for welding in a so-called hot cell, since all operating and monitoring processes can be carried out fully automatically and remotely.
  • the drawing shows a container 2 for receiving radioactive fuel elements and waste for storage.
  • the container has a jacket 4 and a filling opening 6, which is closed with a lid 8.
  • the lid preferably has the shape of a stopper, which rests on an inner ring step 12 of the container shell 4 with a lower outer ring flange.
  • the stopper 8 and the casing 4 are machined on their outside or inside so that a joint 14 is formed, via which the lid and the container casing are welded together.
  • the joint 14 represents a relatively narrow gap and the narrow gap welding method known per se is used to achieve a reliable connection between the lid and the container jacket and a secure seal via this narrow gap.
  • the narrow gap welding process has been developed especially for narrow joints and large cross sections of the parts to be welded.
  • the device for welding the container has a turntable 16, which is driven by a motor, and a welding device 18 arranged in a quasi-stationary manner.
  • the overall welding device 18 consists of a number of individual components, which will be described in more detail below.
  • the container 2 is placed on the turntable 16 and moved past the welding device 18 with the aid of the turntable so that the weld seam can be placed in the joint 14. (Direction of rotation see arrow 19).
  • a process computer 28 is provided for this purpose in the data that stores the dimensions of the respective weld joint, such as width, depth, inclination of the joint flank, etc., and data that relate to the structure of the weld seam, such as the height and number of weld layers, number of beads per weld layer, etc. Furthermore, a button 2o for height control is provided, which scans the height of the respective welding position and whose measurement signals are continuously fed into the process computer 28. The process computer 28 generates control signals for height and side control of the welding device 18 as a function of the predetermined, stored data and the measurement signals.
  • a circumferential guide surface 34 or a circumferential guide groove 36 is formed on the surface of the stopper or cover 8 or the casing 4 of the container, which serves to guide the welding device 18.
  • the outer surface of the container shell can also serve as a corresponding guide surface if it is machined with sufficient accuracy.
  • buttons 2o and 2o can be provided for side control of the welding device 18 (shown in broken lines in FIG. 2).
  • the measurement signals of both buttons are processed accordingly in the process computer to generate the control signals for the welding device.
  • Two separately controllable welding electrodes 24 and 26 are preferably provided as a so-called pre-run torch or so-called post-run torch, the post-run torch also being arranged laterally offset from the pre-run torch 24 in addition to the rear.
  • the distance between the two welding electrodes 24 and 26 transversely to the direction of the weld seam is approximately equal to the distance between two welding beads, see above that with the help of the two electrodes two beads 27 can be placed at the same time.
  • the various welding layers 31 and welding beads per welding layer are automatically placed with the aid of the sensor for height sensing and possibly with the aid of the sensor for flank side sensing as a function of the respective total height of the weld seam 29 and the inner contour of the weld joint.
  • the signals from the buttons 2o and 22 are fed to a process computer 28 which controls a device 3o for controlling the height and lateral position of the electrodes.
  • buttons can work on a capacitive or inductive basis.
  • the side control of the button 22 also compensates for the radial stroke of the container that is on the turntable.
  • the speed of rotation of the turntable 16 and thus of the container 2 is synchronized with the welding speed.
  • the rotation speed can be controlled by the process computer 28 via a line 32 (cf. FIG. 6).
  • FIG. 1 shows how the individual welding layers 31 and welding beads 27 are placed. Depending on the respective joint width, one bead per layer is started in area a 1 . After reaching a certain width, for example at the beginning of area a 2 , the welding system automatically changes from one-layer to two-layer welding and after passing through area a 2 automatically to three-layer welding.
  • the respective joint width is also determined using the buttons and the electronic control device.
  • the shielding gas does not cover long distances can cover a longer period of time and large amounts of gas are also consumed.
  • the welding time for a container of the type considered here is approximately 8 to 10 hours. Larger distances can be covered with the welding powder.
  • the use of welding powder has the advantage that the part of the powder that has not been used can be recycled to the welding process. For this purpose, and with reference to FIGS.
  • a powder feed pipe 38 is provided behind the buttons 2 0 , 22, which opens above the weld joint 14 and in front of the welding electrodes 24 and 26 and via which the welding powder can be fed to the weld pool is. Excess unconsumed welding powder is 4o sucked by a suction device which is arranged behind the welding electrodes 24, 26 / and fed to the powder supply tube again (not shown).
  • the reference numbers 41 and 43 in FIG. 2 denote welding wire feed devices known per se (shown schematically).
  • a chisel 42 is provided to remove the slag layer.
  • a chisel 44 is operated in an oscillating manner by means of a pneumatic cylinder 46 and in doing so shatters the slag layer located on the weld seam.
  • a mechanical cover 48 is provided, cf. Fig. 3.
  • a suction nozzle 50 for suctioning off the slag parts chipped off by the chisel.
  • This suction nozzle is connected to a vacuum source (not shown).
  • a nailing device 52 is also provided in order to also be able to remove the last residues of the slag.
  • This nailing device has a double-acting pneumatic cylinder 54, over which several in guides 56 movable steel pins 58 can be driven.
  • the steel pins are preferably resiliently mounted in the axial direction to adapt to the contour of the surface of the weld seam.
  • a further suction nozzle 6 0 is arranged behind the nailing device 52 for suctioning off the slag parts chipped off by the nailing device.
  • the suction nozzles have a rectangular inlet cross section.
  • the longer side of this rectangular cross section is at least as large as the largest seam width.
  • the nozzle is tilted so that the entire joint width or weld width can be extracted.
  • these can be arranged pretensioned by a spring in the transverse position and the exact angular position of the nozzle can be ensured by scanning with the aid of a button 62 which scans the flank of the joint.
  • the same welding device can be used to provide a build-up weld with a corrosion-resistant material.
  • buttons for the height control and side control are located side by side. However, the two buttons can also be arranged one behind the other, as shown in FIG. 5.
  • the weld seam 29 is checked optically, for example, with the aid of a television camera 64 attached to the welding device 18.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen und/oder fernhantierten Verschweißen des Deckels und/oder des Bodens mit dem Mantel von Behältern zur Aufnahme und Aufbewahrung von radioaktiven Brennelementen und Abfällen in einer heißen Zelle unter Anwendung des Engspaltschweißverfahrens, bei dem mit Hilfe wenigstens eines den Verlauf des Spaltes zwischer Behältermantel und -deckel bzw. -boden erfassenden Tasters wenigstens ein dreidimensional bewegbarer Schweißkopf über eine die Signale des Tasters auswertende Steuereinrichtung entlang des Spaltes geführt wird zur Erzeugung einer in sich geschlossenen aus mehreren übereinander und versetzt angeordneten Schweißraupen bzw. Schweißlagen bestehenden Schweißnaht. Zur Erzielung besserer Schweißresultate und zur sicheren und störungsfreien automatischen und oder fernhantierten Durchführung des Schweißverfahrens wird der beladene mit dem eingesetzten oder draufgesetzten Deckel und/oder Boden versehene Behälter in Drehung um seine Längsachse versetzt und wird die Fuge zwischen Behältermantel und -deckel und oder -boden an den Tastern und den Schweißköpfen entlang geführt. Nach Beendigung des Schweißvorganges wird die entstandene Schweißschlacke entfernt. Zur Führung des Schweißkopes sind Taster für die Seitenund Höhensteuerung vorgesehen. Die Schweißung erfolgt unter Pulver. Zum Entfernen der Schweißschlacke werden ein Meißelgerät und ein Nagelgerät eingesetzt. Die gelöst Schweißschlacke wird mit Hilfe einer Absaugdüse von der Schweißnaht entfernt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6.
  • Radioaktive Stoffe, wie beispielsweise bestrahlte Kernbrennstoffelemente c5er in Stahlkokillen eingefüllte, verglaste radioaktive Spaltprodukte, müssen zum Zweck des Transportes und/oder der Lagerung in spezielle Aufnahmebehälter eingebracht werden. Die Aufnahmebehälter haben eine hohe Strahlenabschirmung, eine ausreichende Kühlfläche sowie eine hohe Stabilität. Metallische Aufnahmebehälter gewährleisten einen sicheren Verschluß von radioaktivem Abfall. Die metallischen Aufnahmebehälter sind an einer Stirnseite offen, wodurch eine Aufnahmeöffnung entsteht.
  • Nach dem Befüllen eines derartigen Transport- und/ oder Lagerbehälters mit den bestrahlten Kernreaktorbrennelementen oder dem radioaktiven Abfall wird in die stirnseitige Aufnahmeöffnung ein zylindrischer Verschlußdeckel eingesetzt und dieser mit dem benachbarten Behältermantel verschweißt. Durch den dichten Verschluß des Aufnahmebehälters mit dem dicken, abschirmenden Verschlußdeckel werden die radioaktiven Stoffe sicher von der Biosphäre getrennt.
  • Aufgrund der Radioaktivität der bestrahlten Kernreaktorbrennelemente muß die Verschweißung des beladenen Behälters in einer sogenannten heißen Zelle vorgenommen werden. Daraus entsteht die Forderung, die Verschweißung fernbedient oder automatisch vorzunehmen. Um eine gute gasdichte Verschweißung der dickwandigen Behälterteile miteinander zu erreichen, wird vorzugsweise das Engspaltschweißverfahren eingesetzt. Durch das Engspaltschweißverfahren entstehen nur geringe Schrumpfspannungen. GröBere Schrumpfspannungen führen zu Rißbildungen in der Schweißnaht. Das sogenannte Engspaltschweißverfahren ist besonders für dickwandige Bauteile entwickelt worden, zwischen denen relativ enge Fugen vorhanden sind.
  • Die GB-PS 14 44 479 zeigt ein(n Lagerbehälter zur Aufnahme von mit abgebrannten Brennelementen oder radioaktivem Abfall gefüllten Behältern. Der Lagerbehälter wird mit einem zylindrischen Stopfen verschlossen, der mit dem Behältermantel durch Tiefspaltschweißen verschweißt wird. Nähere Angaben zum Schweißvorgang selbst sind dieser Druckschrift nicht entnehnbar.
  • Die DE-OS 31 38 485 betrifft einen Behälter zur Aufnahme und Aufbewahrung von radioaktiven Stoffen sowie ein Verfahren zum dichten Verschließen des Behälters. Dieser Druckschrift ist entnehmbar, daß die Behälterwand und der Verschlußdeckel miteinander verschweißt werden. Nähere Angaben zur Schweißtechnik sind dieser Veröffentlichung nicht entnehmbar.
  • Aus der EP-PS o o12 962 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Verschweißen von Behältern bekannt, die in der Atomindustrie verwendet werden, wobei die Schweißnaht in einer keilförmigen Fuge gelegt wird. Die Schweißelektrode der Vorrichtung wird entlang der Fuge bewegt und unmittelbar durch Höhen- und Seitentaster geführt, die auf den Fugenflanken laufen. Bei dieser bekannten Vorrichtung läuft die Schweißvorrichtung um und ist der zu verschweißende Behälter stationär angeordnet. Die erste Schweißraupe der ersten Schweißlage wird gegen eine erste Fugenflanke gelegt. Nach Rückbewegung der Schweißelektrode unter definierter Schrägbewegung auf die andere Flanke zu wird die nächste Schweißraupe um eine Raupenbreite versetzt zur ersten gelegt. Gleichzeitig wird die jeweilige Fugenbreite gemessen zur Ermittlung der Zahl der Schweißraupen zum Füllen der jeweiligen Fugenbreite. Ist eine Schweißlage aus mehreren Schweißraupen gelegt, beginnt der ganze Vorgang wieder von vorn, beginnend mit der ersten Schweißraupe der nächsten Schweißlage an der ersten Flanke bis die gesamte Fuge ausgefüllt ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bessere Schweißresultate erzielbar sind und die automatische und/oder fernhantierte Durchführung des Verfahrens sicher und störungsfrei erfolgen kann.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig und vorrichtungsmäßig durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Durch die Erfindung wird ein automatischer Ablauf des Schweißprozesses beim Verschweißen von Deckel und Behältermantel eines Behälters zur Aufnahme und Aufbewahrung von radioaktiven Brennelementen und radioaktiven Abfällen gewährleistet. Spezielle Taster in Verbindung mit einer Steuereinrichtung ermöglichen einen vollautomatischen Ablauf des Schweißvorganges. Durch die Werkstücke (Deckel und Behälterwand) bedingte geometrische Abweichungen in der Schweißfuge werden durch die Taster zur horizontalen und vertikalen Steuerung erfaßt und korrigiert. Die verschiedenen Schweißlagen und Schweißraupen pro Schweißlage werden automtisch gelegt.
  • Die Schweißschlackenentfernung erfolgt ebenfalls automatisch mit Hilfe eines schwingend angetriebenen Meißels eines Meißelgerätes und schwingend angetriebener Nägel eines Nagelgerätes. Das Nagelgerät dient dazu, die vom Meißel nicht erfaßten Schlackenreste restlos zu entfernen. Das Nagelgerät ist dabei so ausgelegt, daß es die gesamte Schweißnahtbreite auf einmal bearbeiten kann. Zur Anpassung an die Oberflächenkontur der Schweißnaht sind die einzelnen Nägel des Nagelgerätes relativ zueinander bewegbar ausgebildet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird das an sich bekannte EngspaltschweiBen angewandt, weil durch dieses Schweißverfahren die Schrumpfspannungen minimal gehalten werden können. Höhere Schrumpfspannungen verursachen nämlich ein Verziehen der Behälteroberfläche und können zu Rissen in der Schweißnaht führen. Außerdem kann hierdurch verhindert werden, daß Risse in der üblicherweise vorgesehenen Keramikbeschichtung auftreten.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise das an sich bekannte Unterpulverschweißen verwandt, auch wenn grundsätzlich natürlich auch das Schweißen unter Schutzgas möglich ist. Das Schweißen mit Hilfe von Schweißpulver hat den Vorteil, daß größere Strecken über einen längeren Zeitraum abgedeckt werden können; die Schweißzeit beträgt nämlich in aller Regel mehrere Stunden. Außerdem hat das Unterpulverschweifen noch einen weiteren Vorteil, nämlich den, daß der Teil des Pulvers, der beim Schweißvorgang nicht verbraucht wird, abgesaugt und weiterverwendet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind vorzüglich zum Schweißen in einer sogenannten heißen Zelle geeignet, da sämtliche Bedienungs-und Uberwachungsvorgänge vollautomatisch ferngesteuert durchgeführt werden können.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
  • Es zeigt
    • Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Deckels und eines Behältermantels, die nach der Erfindung miteinander verschweißt sind,
    • Fig. 2 schematisch Teile der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens und deren relative Anordnung zueinander und zu einer Schweißfuge zwischen Deckel und Behältermantel,
    • Fig. 3 schematisch weitere Teile der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens und deren Anordnung relativ zueinander und im Bereich der Fuge zwischen Deckel und Behältermantel,
    • Fig. 4 schematisch eine Draufsicht auf einen mit einem zylindrischen Stopfen verschlossenen Behälter, wobei die Lage der einzelnen Bauteile der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch mit eingezeichnet sind,
    • Fig. 5 eine schematische Darstellung der Teile der Gesamtvorrichtung und deren Anordnung relativ zueinander, und
    • Fig. 6 eine perspektivische schematische Darstellung eines zu verschließenden Behälters, der sich auf einem Drehteller befindet, der die zu verschweißende Fuge zwischen Deckel und Behälter an einer Schweißstation (schematisch dargestellt) vorbeibewegt.
  • Die Zeichnung zeigt einen Behälter 2 zur Aufnahme von radioaktiven Brennelementen und Abfällen zwecks Lagerung. Der Behälter weist einen Mantel 4 und eine Einfüllöffnung 6 auf, die mit einem Deckel 8 verschlossen ist. Der Deckel hat vorzugsweise die Form eines Stopfens, der mit einem unteren äußeren Ringflansch to auf einer inneren Ringstufe 12 des Behältermantels 4 aufliegt. Der Stopfen 8 und der Mantel 4 sind auf ihrer Außenseite bzw. ihrer Innenseiteso bearbeitet, daß eine Fuge 14 gebildet wird, über die der Deckel und der Behältermantel miteinander verschweißt werden. Die Fuge 14 stellt einen relativ engen Spalt dar und um über diesen engen Spalt eine zuverlässige Verbindung zwischen Deckel und Behältermantel und sichere Abdichtung zu erzielen, wird das an sich bekannte Engspaltschweißverfahren angewandt. Das Engspaltschweißverfahren ist insbesondere entwickelt worden für enge Fugen und große Querschnitte der zu verschweißenden Teile.
  • Die Vorrichtung zum Verschweißen des Behälters weist einen Drehteller 16 auf, der motorisch angetrieben wird, sowie eine quasi stationär angeordnete Schweißvorrichtung 18. Die Gesamtschweißvorrichtung 18 besteht aus einer Reihe von Einzelkomponenten, die weiter unten noch näher beschrieben werden. Der Behälter 2 wird auf den Drehteller 16 gestellt und mit Hilfe des Drehtellers an der Schweißvorrichtung 18 so vorbeibewegt, daß die Schweißnaht in der Fuge 14 gelegt werden kann. (Drehrichtung s. Pfeil 19).
  • Es ist ein automatischer Ablauf des Schweißvorganges vorgesehen. Hierzu ist ein Prozeßrechner 28 vorgesehen, in dem Daten, die die Abmessungen der jeweiligen Schweißfuge, wie beispielsweise Breite, Tiefe, Neigung der Fugenflanke u.a., abgespeichert sind sowie Daten, die den Aufbau der Schweißnaht betreffen, wie Höhe und Anzahl der Schweißlagen, Anzahl der Raupen pro Schweißlage u.ä. Ferner ist ein Taster 2o zur Höhensteuerung vorgesehen, der die Höhe der jeweiligen Schweißlage abtastet und dessen Meßsignale laufend in den Prozeßrechner 28 gegeben werden. Der Prozeßrechner 28 erzeugt in Abhängigkeit von den vorgegebenen, gespeicherten Daten und den Meßsignalen Steuersignale zur Höhen- und Seitensteuerung der Schweißvorrichtung 18.
  • Um einen eventuellen Radialschlag des auf dem Drehteller 16 stehenden Behälters 2 auszugleichen, ist auf der Oberfläche des Stopfens oder Deckels 8 oder des Mantels 4 des Behälters eine umlaufende Führungsfläche 34 oder eine umlaufende Führungsnut 36 ausgebildet, die zur Führung der Schweißvorrichtung 18 dient. Als entsprechende Führungsfläche kann auch die Außenfläche des Behältermantels dienen, falls diese ausreichend genau bearbeitet ist.
  • Anstelle fester Vorgaben für die Abmessungen der Schweißfuge kann zusätzlich zum Taster 2o zur Höhensteuerung ein weiterer Taster 22 zur Seitensteuerung des Schweißgerätes 18 vorgesehen werden (gestrichelt in der Fig. 2 dargestellt). Die Meßsignale beider Taster werden im Prozeßrechner entsprechend verarbeitet zur Erzeugung der Steuersignale für die Schweißvorrichtung.
  • Es sind vorzugsweise zwei getrennt steuerbare Schweißelektroden 24 und 26 vorgesehen als sogenannter Vorlaufbrenner bzw. sogenannter Nachlaufbrenner, wobei der Nachlaufbrenner außer nach hinten auch noch seitlich versetzt zum Vorlaufbrenner 24 angeordnet ist. Der Abstand der beiden Schweißelektroden 24 und 26 quer zur Schweißnahtrichtung ist etwa gleich dem Abstand zweier Schweißraupen, so daß mit Hilfe der beiden Elektroden zwei Raupen 27 zur gleichen Zeit gelegt werden können. Die verschiedenen Schweißlagen 31 und Schweißraupen pro Schweißlage werden mit Hilfe des Sensors zur Höhenabtastung und evtl. mit Hilfe des Sensors zur Flankenseitenabtastung in Abhängigkeit von der jeweiligen Gesamthöhe der Schweißnaht 29 und der Innenkontur der Schweißfuge automatisch gelegt. Die Signale der Taster 2o und 22 werden hierfür einem Prozeßrechner 28 zugeführt, der eine Vorrichtung 3o zur Steuerung der Höhen- und Seitenlage der Elektroden steuert.
  • Die Taster können auf kapazitiver oder induktiver Basis arbeiten. Die Seitensteuerung des Tasters 22 gleicht auch den Radialschlag des Behälters aus, der auf dem Drehtisch steht. Die Drehgeschwindigkeit des Drehtisches 16 und damit des Behälters 2 ist mit der Schweißgeschwindigkeit synchronisiert. Die Steuerung der Drehgeschwindigkeit kann durch den Prozeßrechner 28 über eine Leitung 32 erfolgen (vgl. Fig. 6).
  • Der Fig. 1 ist entnehmbar, wie in etwa die einzelnen Schweißlagen 31 und Schweißraupen 27 gelegt werden. Entsprechend der jeweiligen Fugenbreite wird im Bereich a1 mit einer Raupe pro Lage begonnen. Nach Erreichen einer bestimmten Breite, beispielsweise zu Beginn des Bereiches a 2 wechselt die Schweißanlage automatisch von der Ein-Lagen- in die Zwei-Lagen-Schweißung und nach Durchlaufen des Bereiches a2 automatisch in die Drei-Lagen-Schweißung. Die jeweilige Fugenbreite wird ebenfalls über die Taster und die elektronische Steuereinrichtung ermittelt.
  • Um das Schweißbad beim Schweißen vor Einflüssen der Atmosphäre, insbesondere vor Sauerstoff und Stickstoff zu schützen, muß unter Schutzgas oder Schweißpulver gearbeitet werden. Vorliegend wird das Unterpulverschweißen vorgezogen, da das Schutzgas keine größeren Strecken über einen längeren Zeitraum abdecken kann und außerdem große Gasmengen verbraucht werden. Immerhin beträgt die Schweißzeit für einen Behälter der vorliegend betrachteten Art etwa 8 bis 1o Stunden. Mit dem Schweißpulver können größere Strecken abgedeckt werden. Außerdem hat die Verwendung von Schweißpulver den Vorteil, daß der Teil des Pulvers, der nicht verbraucht worden ist, im Kreislauf dem Schweißvorgang wieder zugeführt werden kann. Hierzu ist, wobei auf die Fig. 2, 4 und 6 Bezug genommen wird, hinter den Tastern 20, 22 ein Pulverzuführungsrohr 38 vorgesehen, das oberhalb der Schweißfuge 14 und vor den Schweißelektroden 24 und 26 mündet und über das das Schweißpulver dem Schweißbad zuführbar ist. Nicht verbrauchtes überschüssiges Schweißpulver wird durch eine Absaugvorrichtung 4o abgesaugt, die hinter den Schweißelektroden 24, 26 angeordnet ist/und dem Pulverzuführungsrohr wieder zugeführt (nicht dargestellt). Mit den Bezugszeichen 41 und 43 sind in der Fig.2 an sich bekannte Schweißdrahtvorschubeinrichtungen bezeichnet (schematisch dargestellt).
  • Zur Entfernung der Schlackenschicht ist ein Meißelgerät 42 vorgesehen. Ein Meißel 44 wird über einen Pneumatikzylinder 46 oszillierend betrieben und zertrümmert dabei die auf der Schweißnaht befindliche Schlackenschicht. Um zu verhindern, daß im Arbeitsbereich des Meißels 44 vom Meißel herausgeschlagene Teile herausgeschleudert werden, isteine mechanische Abdeckung 48 vorgesehen, vgl. Fig. 3.
  • Hinter dem Meißel 44 befindet sich eine Absaugdüse 5o zum Absaugen der durch den Meißel abgeschlagenen Schlackenteile. Diese Absaugdüse ist an eine Unterdruckquelle (nicht dargestellt) angeschlossen.
  • Da mit dem Meißel 44 nicht sämtliche Schlackenteile entfernt werden können, ist ferner ein Nagelgerät 52 vorgesehen, um auch die letzten Reste der Schlacke entfernen zu können. Dieses Nagelgerät weist einen doppelt wirkenden pneumatischen Zylinder 54 auf, über den mehrere in Führungen 56 verschiebliche Stahlstifte 58 antreibbar sind. Die Stahlstifte sind vorzugsweise in axialer Richtung federnd gelagert zur Anpassung an die Kontur der Oberfläche der Schweißnaht. Hinter dem Nagelgerät 52 ist eine weitere Absaugdüse 60 angeordnet zum Absaugen der durch das Nagelgerät abgeschlagenen Schlackenteile.
  • Die Absaugdüsen haben einen rechteckigen Eintrittsquerschnitt. Die längere Seite dieses Rechteckquerschnitts ist wenigstens so groß wie die größte Nahtbreite. Abhängig von der Tiefe der Schweißstelle und der an dieser Stelle jeweils vorhandenen Fugenbreite wird die Düse so schräg gestellt, daß die gesamte Fugenbreite bzw. Schweißnahtbreite abgesaugt werden kann. Zur automatischen Schrägstellung der Absaugdüsen 50, 6o können diese durch eine Feder in Querstellung vorgespannt angeordnet sein und die genaue Winkelstellung der Düse kann durch eine Abtastung mit Hilfe eines Tasters 62 sichergestellt werden, der die Flanke der Fuge abtastet.
  • Nach Vollendung der Schweißnaht kann mit der gleichen Schweißvorrichtung noch eine Auftragsschweißung mit einem korrosionsbeständigen Material vorgesehen werden.
  • In der Fig. 2 sind die Taster für die Höhensteuerung und Seitensteuerung nebeneinanderliegend eingezeichnet. Die beiden Taster können aber auch hintereinander angeordnet sein, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist. Die Schweißnaht 29 wird optisch beispielsweise mit Hilfe einer an der Schweißvorrichtung 18 befestigten Fernsehkamera 64 kontrolliert.

Claims (25)

1. Verfahren zum automatischen und/oder fernhantierten Verschweißen des Deckels und/oder des Bodens mit dem Mantel von Behältern zur Aufnahme und Aufbewahrung von radioaktiven Brennelementen und Abfällen in einer heißen Zelle unter Anwendung des Engspaltschweißverfahrens, bei dem mit Hilfe wenigstens eines den Verlauf des Spaltes zwischen Behältermantel und -deckel bzw. -boden erfassenden Tasters wenigstens ein dreidimensional bewegbarer Schweißkopf über eine die Signale des Tasters auswertende Steuereinrichtung entlang des Spaltes geführt wird zur Erzeugung einer in sich geschlossenen aus mehreren übereinander und versetzt angeordneten Schweißraupen bzw. Schweißlagen bestehenden Schweißnaht, dadurch gekennzeichnet, daß der beladene mit dem eingesetzten oder draufgesetzten Deckel und/oder Boden versehene Behälter in Drehung um seine Längsachse versetzt wird, daß der Spalt bzw. die Fuge zwischen Behältermantel und -deckel und/oder -Boden an den Tastern und den Schweißköpfen entlang geführt wird und daß nach Beendigung des Schweißvorganges die entstandene Schweißschlacke entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißschlacke zertrümmert oder abgeschlagen und ab-. gesaugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des Schweißbades die Schweißung im Spalt bzw. in der Fuge unter Schweißpulver erfolgt, das vo: der Schweißzone in die Fuge eingebracht und hinter der Schweißzone wieder abgesaugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des Schweißbades die Schweißung im Spalt bzw. in der Fuge unter einem Schutzgas erfolgt, das nach dem Schweißvorgang abgesaugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schweißvorgang und der Entfernung der Schweißschlacke noch eine Auftragsschweißung mit einem korrosionsbeständigen Material durchgeführt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche rit einer Schweißvorrichtung, die wenigstens einen Schweißkopf aufweist, der dreidimensional beweglich ausgebildet ist und der durch eine Steuereinrichtung dem Spalt- bzw. dem Fugenverlauf folgend führbar ist, gekennzeichnet durch eine Jorrichtung (16) zur Aufnahme und zum Drehen des Behälters (2) an der Schweißvorrichtung (19) vorbei, durch einen als Flachschweißkopf mit wenigstens einer Schweißelektrode (24, 26) ausgebildeten Schweißkopf und durch eine Vorrichtung (42, 52, 50, 60) zum Entfernen der Schweißschlacke von der Schweißnaht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch aekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Aufnahme und zum Drehen des Behälters einen Drehteller (16) aufweist, auf dem der Behälter senkrecht placiert wird, und daß der Schweißkopf oberhalb des Drehtellers über oder seitlich neben dem Behälterdeckel (8) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Entfernen der Schweißschlacke wenigstens einen schwingend angetriebenen Meißel (44) und eine Absaugvorrichtung mit einer hinter dem Meißel angeordneten Absaugdüse (50) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnete daß die Vorrichtung zum Entfernen der Schweißschlacke zusätzlich wenigstens ein Nagelgerät (52) zum Lösen der vom Meißel (44) nicht erfaßten Schlackenrestteile aufweist sowie eine weitere hinter dem Nagelgerät angeordnete Absaugdüse (60).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Nagelgerät mehrere axial geführte und bewegbare Stahlstifte (58) aufweise und eine Arbeitsfläche aufweist, die die gesamte Breite der Schweißnaht überstreicht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstifte relativ zueinander bewegbar ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstifte in axialer Richtung elastisch gelagert sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meißelgerät (42) und das Nagelgerät (52) druckmittelbetätigt sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel des Meißelgerätes und die Nägel des Nagelgerätes pneumatisch mit Hilfe eines doppelt wirkenden Zylinders angetrieben werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugdüse einen rechteckförmigen Eintrittsquerschnitt aufweist, dessen längere Seite wenigstens der größten Breite des Spaltes bzw. der Fuge in etwa entspricht und dessen schmalere Seite kleiner ist als die größte Breite des Spaltes bzw. der Fuge (14).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Steuerung der Schrägstellung der Absaugdüsen (5o, 60) derart, daß die Eintrittsöffnung der Absaugdüsen zumindest in einer Rechteckdiagonale stets die jeweilige Breite des Spaltes bzw. der Fuge überdeckt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen die Stellung der Absaugdüse steuernden Taster 62 aufweist, der die Flanken des Spaltes bzw. der Fuge abtastet.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Wirkbereich der Vorrichtung zum Entfernen der Schweißschlacke bzw. im Wirkbereich des Meißelgerätes und/oder des Nagelgerätes eine die Schweißfuge abdeckende Abdeckeinrichtung (48) vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur optischen Überwachung der Schweißnaht vorgesehen sind.
2o. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Uberwachungseinrichtung eine an der nicht umlaufenden Schweißvorrichtung angebrachte Fernsehkamera (64) ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schweißkopf (24, 26) ein Schweißpulverzuführungsrohr (38) einer Schweißpulverzuführungseinrichtung und hinter dem Schweißkopf eine Absaugvorrichtung (4o) für nicht verbrauchtes Schweißpulver angeordnet sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Deckel oder dem Mantel des Behälters parallel zur Fugenflanke eine als Bezugslinie bzw. -fläche dienende umlaufende Führungsfläche (34) und/oder Führungsnut (36) ausgebildet sind zur Führung der Schweißvorrichtung (18).
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugslinie für die Führung der Schweißvorrichtung der Außenumfang des Behältermantels dient.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeßrechner (28) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von fest vorgegebenen Abmessungen der Schweißfuge, vom vorgesehenen Aufbau der Schweißnaht und von den Meßsignalen eines die Höhe der Schweißnaht abtastenden Tasters (2o) Steuersignale zur Seiten- und Höhensteuerung der Schweißvorrichtung (18) erzeugt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Seitentaster (22) für die Abtastung des Verlaufs der Fugenflanke vorgesehen ist.
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